Analysis of drought tolerance mechanisms involved in the process of dehydration in a terrestrial cyanobacterium, Nostoc sp. HK-01.
| Project/Area Number |
21K05350
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38020:Applied microbiology-related
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
安部 智子 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (40553524)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横谷 香織 (富田香織) 筑波大学, 生命環境系, 講師 (10217531)
加藤 浩 三重大学, 地域イノベーション推進機構, 助教 (30378327)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | シアノバクテリア / 乾燥耐性 / 紫外線耐性 / 遺伝子発現 |
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| Outline of Research at the Start |
陸棲シアノバクテリアの中でも特に乾燥に高い耐性を備える Nostoc sp. HK-01において、細胞内低水分状況下において誘導される代謝系や物質を同定する。Nostoc sp. HK-01の藻塊が乾燥していく過程で、藻塊の湿潤程度と相関がある低分子化合物の存在を網羅的に解析し、また、実際に発現しているタンパク質においても、湿潤程度に相関して増加するものを確認して同定する。同定されたタンパク質の機能を解析して乾燥耐性への寄与を検討するとともに、タンパク質の増加と低分子化合物の増加との相関関係を解析する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
高い過酷環境耐性を備えるNostoc sp. HK-01 における乾燥過程の細胞で、発現量が変動する遺伝子を特定するため、次の実験を行った。未乾燥および乾燥途中の細胞からRNAを抽出・精製し、RNA-seqにより乾燥前の発現遺伝子と比較することにより乾燥中に発現が増加した、あるいは減少した遺伝子を検出した。未乾燥細胞の湿重量を100％とした時、湿重量50%および10%以下の細胞を採取した。湿重量50%の細胞において、発現量が増加した遺伝子267個、発現量が減少した遺伝子23個が検出された。中でも、2種のHeat shock protein遺伝子の発現量が顕著に増加することを見出した。
シアノバクテリアが増殖過程で細胞外環境に産生する細胞外物質（ES; Extracellular substance）は、多糖類や脂質、タンパク質などの生体高分子で構成されている。Nostoc sp. HK-01の乾燥藻体中の休眠細胞の高い過酷環境耐性にESが高く寄与していると考えられた。ESを取り除いた除去細胞と、取り除かない未除去細胞を用意し、それぞれの乾燥細胞を紫外線に暴露した結果、UVC照射後のES未除去藻体の生存率は、ES除去藻体の生存率と比較して有意に高いことがわかった。ESの吸収波長からES中に紫外線吸収物質が存在することが示された。この物質が、本菌株の細胞の保護に高く貢献していることを、本研究で確立した藻体を用いた生物検定手法により明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
低水分環境下での遺伝子解析、耐性に関与する可能性のある遺伝子のクローニング、細胞外物質を含む藻体中の化合物の分析など、当初の研究計画ロードマップにおおむね沿っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
遺伝子発現解析の結果、低水分環境下において藻塊の乾燥が進むにつれて発現誘導が確認された遺伝子は本菌株の乾燥耐性機構に関与する可能性がある。未知遺伝子も多く検出されたため、引き続き検出された遺伝子の機能解析を進める。また、ES中の紫外線吸収物質の同定とその機能の解明を試みる。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Contribution of extracellular substances to cell protective abilities against UV radiation and differentiation of germination, vegetative cells and hormogonia, during their life cycle in <i>Nostoc</i> sp. HK-012023
Author(s)
Midori Ong, Miku Tokita, Hiroshi Katoh, Tomoko Abe, Sayaka Takahashi, Hajime Mita, Kazumichi Nakagawa, Toshisada Suzuki, Kaori Tomita-Yokotani
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Journal Title
Eco-Engineering
Volume: 35
Issue: 1
Pages: 13-23
DOI
ISSN
1347-0485, 1880-4500
Year and Date
2023-01-31
Related Report
Peer Reviewed
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[Presentation] Relationship between the cells layer thickness and wavelength of sun light in a cyanobacterium, Nostoc sp. HK-01, in especially UV radiation2022
Author(s)
Kaori Tomita-Yokotani, Midori Ong, Miku Tokita, Hiroshi Katoh, Tomoko Abe, Shunta Kimura, Hirofumi Hashimoto, Kintake Sonoike, Masayuki Ohmori, Akihiko Yamagishi, Hajime Mita, Tanpopo member.
Organizer
COSPAR 2022 44th Scientific Assembly
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Int'l Joint Research
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